基于 photo-reflector 的迷你型高分辨率张力传感器用于机器人手和夹爪
机器人学
2025-07-02 v1
摘要
本文提出了一种基于 photo-reflector 的迷你型张力传感器，用于紧凑型tendon驱动夹爪和机器人手。该传感器尺寸为 13mm x 7mm x 6.5mm，可测量最高 200N 的拉伸力。根据 Timoshenko 梁理论设计包含圆角和 flexure 梁的对称弹性体结构，通过有限元分析验证，实现灵敏度和机械耐久性的提升，同时最小化扭转变形。传感器采用紧凑型 photo-reflector（VCNT2020）测量近场区域的位移，无需光吸收材料或几何修改。16 位模拟到数字转换器（ADC）和 CAN-FD（柔性数据速率）通信实现最高 5kHz 采样率的信号获取。校准实验显示分辨率为 9.9mN（对应 14 位以上精度），根均方误差（RMSE）为 0.455N。力控制实验使用扭绞线执行器和 PI 控制，RMSE 可低至 0.073N。与基于 photo-interrupter 的前期研究相比，所提方法在分辨率上提升了十倍，同时降低了非线性和滞后现象。该设计机械结构简单、轻便、易组装，适用于集成到需要高分辨率力反馈的机器人和假肢系统。
引用
@article{arxiv.2507.00464,
title = {A Miniature High-Resolution Tension Sensor Based on a Photo-Reflector for Robotic Hands and Grippers},
author = {Hyun-Bin Kim and Kyung-Soo Kim},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.00464},
year = {2025}
}